Yeni izole edilmiş Bacillus safensis SMAH biyokütlesi ile kirli toprak ve atık sudan metilen mavinin sıralı biyosorptif-bozunmalı giderimi: optimizasyon, kinetik, izotermler ve termodinamik değerlendirmeler

Neden boyalı toprağın temizlenmesi önemli

Canlı sentetik boyalar giysilerimizi ve deri ürünlerimizi göze çarpan kılar, ancak bu renkler toprağa ve suya sızdığında yıllarca kalabilir ve canlılara zarar verebilir. En yaygın boyalardan biri olan metilen mavisi tekstil ve tabaklama endüstrilerinde yaygın olarak kullanılır. Bu çalışma, pahalı kimyasallar veya yüksek enerji tüketen makineler yerine, yeni keşfedilmiş zararsız bir bakteri suşu kullanarak kirlenmiş topraktan bu inatçı boyayı çekip parçalama yolunu doğadan ilham alan bir yaklaşımla araştırıyor.

Yararlı mikrobu bulmak

Araştırmacılar işe boyaya zaten maruz kalmış yerlerde — tabaklama atıksuları, çamur, deri artıklar ve yakınlardaki bir göl — araştırma yaparak başladı. Bu ortamlardan on altı farklı bakteri izole edip her birinin bir sıvı ortamdan metilen maviyi ne kadar iyi uzaklaştırabildiğini test ettiler. Bir suş öne çıktı: sadece 24 saat içinde boyanın yaklaşık %97’sini giderdi. Genetik analiz, bu başarılı suşun Bacillus safensis adlı bir türe ait olduğunu gösterdi. Ekip daha sonra bu mikrobu büyük miktarlarda yetiştirip hücreleri yüzey kimyasını koruyacak şekilde nazikçe kuruttu ve ortaya çıkan bakteri materyalini — BS-SMAH-B olarak adlandırılan — tekrar kullanılabilir bir temizlik maddesi olarak kullandı.

Bakteriyel materyalin boyayı nasıl tuttuğu

BS-SMAH-B’nin neden bu kadar iyi çalıştığını anlamak için bilim insanları yüzeyini çeşitli görüntüleme ve analitik araçlarla inceledi. Elektron mikroskobu görüntüleri, birçok küçük boşluk içeren kaba, gözenekli bir doku ortaya koydu; bu yapılar boyanın tutunması için geniş bir alan sağlar. Kimyasal analizler, bakteri yüzeyinin karbon, oksijen ve azot açısından zengin olduğunu ve bunların asitler, alkoller ve aminler gibi yaygın gruplar oluşturduğunu gösterdi. Bu gruplar normal çevresel koşullar altında negatif yük taşırken, metilen mavisi pozitif yüke sahiptir. Bu yük farkı, boyayı toprak çözeltisinden çekip bakteri yüzeyine bağlanmasına yardımcı olur; tıpkı statik elektriğin tozun bir kumaşa yapışmasını sağlaması gibi. Yüzey yükü ölçümleri bunu doğruladı: biyokütle belirgin şekilde negatif bir elektrik potansiyeline sahipti ve pozitif yüklü boya moleküllerinin çekilmesini destekliyordu.

Renkli topraktan daha temiz zemine

Materyali karakterize ettikten sonra ekip, BS-SMAH-B’yi kasıtlı olarak metilen mavisi ile kirletilmiş toprakta test etti. Laboratuvarda asidite, bakteri dozu, sıcaklık, tuz içeriği ve temas süresinin performansı nasıl etkilediğini incelediler. En iyi koşullar hafifçe alkalindi (yaklaşık pH 9), yeterli bağlanma bölgesi sağlayacak miktarda biyokütle eklenmişti ve ılımlı ısınma boyanın uzaklaştırılmasını güçlendirdi. Bu optimize edilmiş koşullar altında sistem başlangıçta boyayı hızla alıyor, sonra bakteri yüzeyi doygunlaştıkça yavaşlıyordu. Bu zaman çizelgesinin matematiksel modelleri, ana adımın boyanın yüzeye gevşekçe yapışmasından ziyade bakteri yüzeyi ile güçlü kimyasal bağlar oluşturması olduğunu gösterdi. Önemli olarak, aynı yaklaşım tabaklama bölgelerinden alınan gerçek kirli topraklara — yüzeylerde yer için diğer maddelerin de yarıştığı yerlere — uygulandığında bile bakteri materyali sadece bir saat içinde boyanın yaklaşık %82’sine kadarını uzaklaştırdı.

Tutulan boya ne oluyor

Çalışma boyanın basitçe yakalanmasında kalmadı. Işık emilim spektrumlarından elde edilen kanıtlar ve benzer bakterilerle yapılan önceki çalışmalar, metilen mavisi biyokütleye bağlandıktan sonra mikroorganizmalar tarafından üretilen enzimlerin boya moleküllerini kesmeye başladığını öne sürüyor. Zamanla yoğun mavi renk soluyor ve büyük boya molekülleri daha küçük, çok daha az zararlı parçacıklara, nihayetinde de basit inorganik formlara ve kısa organik moleküllere dönüşüyor. Bu iki aşamalı etki — hızlı “biyosorpsiyon” ardından daha yavaş biyolojik parçalanma — boyanın sadece saklanmadığı, aktif olarak parçalandığı ve böylece daha sonra çevreye geri sızma riskinin azaltıldığı anlamına geliyor.

Daha güvenli topraklar için doğadan ilham alan bir yol

Özetle bu araştırma, doğal olarak bulunan bir bakteri suşunun kalıcı bir endüstriyel boya için akıllı bir sünger gibi davranabileceğini gösteriyor: önce metilen maviyi topraktan çekiyor, sonra onu sindirmeye yardımcı oluyor. BS-SMAH-B materyali yetiştirmesi ucuz, ılımlı koşullara dayanıyor ve yeni kirlilik sorunları yaratabilecek ağır kimyasal kullanımından kaçınıyor. Laboratuvar dışı ortamda daha fazla test gerekse de, bu sonuçlar tabakhaneler ve diğer boya yoğun endüstriler çevresindeki renkli toprakları temizlemek için canlı veya bir zamanlar canlı mikroorganizmaları kullanan pratik, düşük maliyetli tedavilere işaret ediyor; bu da çevredeki topluluklar için toprak ve suyu daha güvenli hale getiriyor.

Atıf: Mahmoud, M.E., Moneer, A.A., Abouelkheir, S.S. et al. Sequential biosorptive-degradative remediation of methylene blue from polluted soil and wastewater by a newly isolated Bacillus safensis SMAH biomass: optimization, kinetics, isotherms and thermodynamics assessments. Sci Rep 16, 8496 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39057-7

Anahtar kelimeler: toprak biyoremediasyonu, metilen mavisi, bakteriyel biyosorpsiyon, boya kirliliği, çevresel temizlik